在云端使用仿真软件做仿真，或许是一个不错的想法

随着工程公司在设计过程和整个产品开发过程中越来越多地使用仿真，对仿真资源的需求已经扩大。这给许多公司的IT基础设施带来了负担，也让小公司在没有自己的高性能计算(HPC)资源的情况下，苦苦寻找运行更复杂模拟的方法

基于云的模拟正逐渐成为这两个问题的解决方案。根据透明市场研究公司的数据，2016年基于云计算的模拟市场达到了33亿美元，预计到2025年将有11.4%的复合年增长率，达到85亿美元——这比模拟市场的整体增长率要快。

根据ANSYS产品管理总监Todd McDevitt的说法，基于云计算的模拟的需求正在增长，特别是在过去的一年中，因为公司在模拟方面寻求更多的弹性。企业也在寻找在需求高峰期间无需投资额外硬件或软件许可的突发能力。

McDevitt表示:“客户可能拥有某种形式的本地高性能计算基础设施，但他们希望减少排队时间，或者他们正在经历硬件上的刷新周期，希望从这些资源中转移工作负载。”“但它通常始于强烈的需求。”

因此，传统的模拟服务提供商开始向云计算领域拓展，而只使用云计算的新初创公司也开始在市场上崭露头角。

SimScale首席执行官大卫•海尼表示:“现在围绕云工程软件有一个受过良好教育的市场。“大型供应商已经在提供云解决方案方面迈出了步伐，所以业界对这种方式更加熟悉。”

基于云的模拟的吸引力因单个公司的现有投资而异。西门子PLM软件公司模拟产品营销总监拉维•尚卡尔表示:“如果他们已经在现有硬件上进行了投资，那么进军云计算的动力就不会那么强大。”“当(企业)购买新硬件时，云计算选项变得更加有趣。他们可能有更大的模型，希望利用更好的处理。”

云计算使得NX Nastran汽车车身模型能够通过在大量核上进行并行处理而有效地进行模拟。图片由西门子PLM软件提供。

OnScale公司首席执行官伊恩•坎贝尔(Ian Campbell)表示，排队获取现场高性能计算资源的瓶颈是OnScale公司成立的动力。他解释说:“传统CAE技术成本太高、风险太大、速度太慢。”“每个工程公司都会经历工程工作负载的循环，但现有的CAE模型的工作方式是，你有可变的工作负载和一个固定的计算机基础设施，不能满足这些工作负载的规模。如果需求超过供应，你就是在浪费时间等待准入。如果供过于求，你就是在浪费预算和资源。”

“模拟负载永远不会稳定，”海尼说。“你有高峰需求。在云上，如果你想在100个核上运行20个模拟，它就在那里。你只要运行它。你不需要和供应商讨论获得突发许可证的问题。而像《SimScale》这样基于云计算的解决方案则是一种开箱即用的方法。”

不同的方法

模拟提供商对他们的云产品采取了略微不同的方法。创建SimScale是为了在云中提供结构、机械、流动和热模拟，以及一些多物理模拟。该公司的平台可以与其他设计工具集成，从根本上支持大多数通用的交换格式。“在SimScale中产生的所有东西都可以下载并用于另一个求解器，”海尼说。

SimScale还提供了一个免费的社区计划，可以用于开源和业余项目。专业的定价水平是针对专有项目的，包括无限的数据存储、加密和实时支持。企业级用于多用户和对计算要求更高的模拟。

社区计划向其他成员公开项目。海尼说:“在相同的软件和社区中，在模拟中分享这一技术变得更加激烈和有效。”“这个产品中包含了协作。”

该公司的目标客户是新模拟。海尼说:“我们的方法是让模拟更容易获得。”基于云的模拟不仅降低了进入成本，而且还可以实现更大程度的协作。“您可以与其他涉众实时协作，他们都可以实时查看相同的模拟项目，”海尼说。“我们还利用数据科学实现了一些工作的自动化，而这些事情在桌面领域是不可能实现的。”

ANSYS与自己的云托管网络合作伙伴密切合作，优化其产品运行在他们的基础设施上，以确保通过他们的数据中心的可靠可用性。“我们确保我们的解决方案和我们的产品是ro

移动流线显示气流围绕一辆雪佛兰导线渲染使用逼真的光线追踪。使用ANSYS Ensight可视化。图片由ANSYS和通用汽车提供

McDevitt说:“我们可以在新的GPU实例和其他高性能计算架构上实现并行化。“我们也不会强迫客户采用某种特定的商业模式。我们的客户可以将付费许可带到云端并在那里使用，我们已经引入了一个基于使用的许可系统。”

西门子主要通过与Rescale合作提供基于云的模拟，提供NX Nastran、Simcenter 3D和Star CCM+的访问。客户可以通过Rescale购买完全基于软件即服务(SaaS)的许可证，也可以从西门子购买传统许可证并使用Rescale来托管软件。

Shankar说:“我们的理念和战略是，在客户与我们提供的软件解决方案互动的方式方面，提供尽可能多的灵活性。”“云模式又增加了一层灵活性。”

他说，公司计划最终提供针对云计算的原生解决方案。

“对云的需求各不相同，”尚卡尔说。“这不是我们目前业务的主要部分，但我们正在确保为需要它的客户准备好一切，我们预计未来会有增长。”

OnScale免费提供软件(每月10个核心小时)，并利用亚马逊网络服务(AWS)作为其计算平台。“用户不必为每个座位支付那么多钱。这项服务是在订阅的基础上出售的。”

OnScale瞄准的是其他模拟公司所忽视的市场，比如物联网(IoT)组织，这些组织不一定能获得满足他们需求的工具。OnScale公司声称，由于能够在AWS上获得近乎无限的计算资源，以及能够执行传统基础设施难以或不可能完成的任务，比如3D版本的表面声波滤波器，该公司的性能优于传统模拟工具。

一些专家认为，完整的SaaS模式是工程的未来。“工程师们热衷于消除许可和计算瓶颈，”OnScale工程副总裁Gerry Harvey说。

其他的新工具正在出现，传统的参与者也在与基于云计算的公司合作。今年早些时候，SimScale宣布将集成Siemens Parasolid软件和HOOPS Exchange，以提供更无缝的模拟工作流程和更高的精度。

Autodesk为Autodesk CFD、Moldflow和Fusion360提供云模拟。塑料仿真提供商Moldex3D也在AWS上发布了其软件的云扩展，使用户无需投资新的硬件或软件许可，就可以卸载更大的仿真。

Rescale提供了对各种应用程序、不同的云提供商和混合内部数据中心的基于云的访问。除了与ANSYS和西门子合作，Rescale还提供xpliccomputing的X2 Firebird CAE软件，按小时收费。其他合作伙伴包括Autodesk、CAE Solutions、COMSOL和达索Systèmes。

灵活性更高

客户根据其模型的大小和现有的基础设施采取不同的云部署方法。他们通常想要突发访问或正在寻找其他方法来增加他们自己的计算基础设施。较小的公司可能完全依赖云解决方案来满足他们的模拟需求。

ANSYS Fluent模拟了转子泵的油量，显示了齿轮壁上空化的程度(红色)。使用ANSYS Ensight可视化。图片由ANSYS提供。

云还提供硬件弹性。不同的求解器和物理程序通常被优化到不同类型的硬件上。基于云的解决方案允许工程师访问比在前提下可能支持的更广泛的硬件实例(至少没有显著的成本)。与高频电磁或机械模拟相比，计算流体动力学(CFD)的用户每个核需要多少内存是不同的——云提供了对所有这些配置的访问。

拥有现有内部基础设施的公司可能会采取混合方法，根据需求在自己的设备上运行一些模拟，在云中运行其他模拟。数据也是一个因素，因为模拟创建了大量的数据，用户不一定希望在系统之间来回移动。

无论模拟是在前提下运行还是在基于云的基础设施上运行，工程师都应该是看不见的。McDevitt表示:“平台应该将工作分配给合适的资源，这样工程师就会觉得流程是一样的。这些关于资源的决策可以在应用程序层而不是平台层作出。

在ANSYS, McDevitt表示，对于CFD客户来说，许多用户先在本地做一些预处理，然后将求解部分推送到云端，这样他们就可以获得更快的周转时间。部分原因是模型的规模和复杂性。

麦克德维特表示:“在机械方面，我们看到客户希望在云端进行更多的互动，并进行更多的预处理和后处理。”在电子领域，客户可能在他们的工作站上解决特定的频率，但是转移到云上，在多个其他频率上重复相同的测试。

McDevitt说:“这类似于设计点的情况，客户希望通过不同的几何参数或不同的材料配置来优化设计点。”“他们会解决一个设计点，然后返回去设计100或1000种不同的变体。”

尚卡尔解释说，西门子的客户对基于云的产品最感兴趣的是那些希望利用并行处理或突发模拟的大型模型。Shankar说:“他们能够立即利用云提供的额外容量，而不需要IT建立新的硬件。”

这并不意味着云计算适用于所有公司。寻求稳定使用状态的用户不会发现云平台的经济效益。麦克德维特说:“这就像卖了你的车，然后请优步(Uber)司机24小时不间断地坐在你家门口。”“经济上的问题不会解决。”

目前有些行业还无法完全云化

由于认证要求或安全问题，一些航空航天和国防客户无法利用某些类型的云服务。那些主要使用能够快速计算的小型模型的公司，或者那些内部已经有未使用的计算能力的公司，不太可能从向云的迁移中受益。尚卡尔说:“如果模型没有利用并行处理的优势，那么在那些情况下，云计算就没有优势了。”

“如果你刚刚投资了一个新的高性能计算架构，你首先要确保你可以利用硬件，”海尼补充说。

他说，对云模拟客户来说，最大的挑战来自于他们的本地同行——用户必须信任模拟结果。

他说:“如果他们没有准备好利用这些见解，那么这样做就没有意义，承诺和云解决方案都是如此。”这就是协作和支持派上用场的地方。我们有一个专门的入职计划，与客户一起工作，让他们能够信任自己正在做的事情。这是关键任务。云计算并不能消除这个障碍，但是让用户成功的工具让我们比桌面领域更快地到达那里。”